华北理工水质工程学教案10循环冷却水水质稳定处理.docx

课程名称：水质工程学I第周，第30讲次摘要授课题目（章、节）第十章循环冷却水水质稳定处理§10-1循环冷却水的特点及处理要求【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，的特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】第十章循环冷却水水质稳定处理§10-1循环冷却水的特点及处理要求'直流式：用后直接排放（水量大）密闭式：完全封闭，与大气仅有热量传递，无水量传质散热。冷却水系统V损失水量小，水质处理单纯。问题：腐蚀。I敝开式：水质处理最复杂，应用的最多（主要讲敝开式系统水处理）一、循环水的处理特点和任务1、水垢：原因：CaCO3,Mg（OH）2危害：交换器热交换效率下降，管道过水断面减小，增加管阻，耗能。造成事故。2、腐蚀：防止水对金属管道及器件的腐蚀。3、污垢：悬浮物,有机或无机物质一一产生泥垢。微生物及其分秘物一一粘垢。任务:防止或减轻水垢、防止或减轻水对设备及管系统的腐蚀、防止或减轻系统中产生的污垢。二、循环冷却水的基本水质要求：常用腐蚀和沉积物控制要求一一基本水质指标。河式环迨修长收玲仝东主雪*G*2*1MH卡伶fei*M表中要二电小1>11.争7亚弟微<$s<IQW÷VW：«木巽Mftl*W*W4trbVUJ.l脖<11.12$<an，'VU：I一，IT3.WMlA<Q.¾w<50:I.rcl<.JToWfcVkJ求翥件：,-.n.，Q>MU”痂热阻J11TJh'CkJ<140<MNI<7一Q而加聂_EEIC一I*.*qsiH.Illt1t.HK船且总碱度：以C（1/2CDth是极限碳酸盐硬度。（一）腐蚀率：每年平均腐蚀深度（mma）CL由实验确定。C,=8.76生CpFtPo,P腐蚀前后金属重量；gP金属密度；gcm3F试件表面积；m2t试验（腐蚀作用）时间。h1、点蚀系数：金属最大腐蚀深度与平均腐蚀深度之比。反映的是点蚀危害程度。2、缓蚀率n：处理后的水质腐蚀率降低的效果。=久工COCo,CL循环水未处理和处理后的腐蚀率。（二）污垢热阻：1、热阻：传热系数（K）的倒数。2、污垢热阻：（R1）由于结垢和污垢沉积使热交换器热阻增加的量称为污垢热阻。（m2hC/KJ）R_11_1IJlI）r'-Kt-Kq-tJjt-Ko未结垢所测总传热系数；kJm2hoC,运行t时间（结垢了）所测总传热系数；,积垢后传热效率降低百分数。可作tR,的变化曲线，工作中应用，可做控制指标。二、循环冷却水的积垢和腐蚀（一）水质影响因素：1、循环水的水质污染：（1）补充水带来污染：悬浮物，溶解盐，有机物，微生物。（2）水处理引起的污染：药剂带入杂质，冷却时，大气带进杂质：尘埃，杂草，树叶，有机物。（3）工艺流体的漏入。（4）系统内部产生的污染：金属，碎受腐蚀脱落产物，藻类脱落物。2、循环水脱CO?作用：在冷却塔中有一定量的CO2进入空气。Ca（HCO3）CaC03+C02t+H2O由于CO2进入空气中，使反应产生水垢。3、循环水的浓缩作用：补充水量二损失水量=P=P+P2+P3+P设补充水含盐量SB循环水含盐量S,补充水带进盐：Sb(P1+P2+Pa+P1)风吹、排污渗漏及生产耗水带走的盐量：S(P2+P3+P4)系统运行一定时间后，带进盐、带走盐系统中的含盐量趋于一个稳定值，用SP表示，即:Sb(P1+P2+P3+P4)=Sp(P2+P3+P4)Sp=:+/+.+/二P二qSBm+BPaPF令其为：K- 1 ÷SB5一一浓缩倍数。由于有B-K大于l-Sp>Su-系统有可能结垢。4、溶解度与温度的关系：单位：mg/Lt020406080100Caco3956539262015Mg(OH)210986.55.75.2水温变化的影响：(1)热交换器中：t升高，Ca-Mg2'的盐类溶解度降低。当C/、Mg?.及HC(V、OFT含量高于溶解度时。水失去稳定性(可能)产生结垢。(2)冷却塔：t下降；Ca/Mg'的盐类溶解度升高。即有HCO3水显酸性产生腐蚀。（3）系统由温度引发的：低温区（设备冷水进口）一一腐蚀高温区（设备热水出口）一一结垢（二）金属化学腐蚀：化学已学过：是电位差使电子迁移的过程。1、电池阳极：铁失去了2个电子：Fe-2e-Fe2,2、电池阴极：电子沿铁中电阻小的途径达到阴极部位。（1）酸性水或中性水：H'2H+2e-H2而Fe2+20H-Fe（OH）2Fe（OH）2致密层，保护铁不再被氧化。由比和Fe（OH）2的生成而引起电位差的变化称为极化。极化的作用一一抑制金属腐蚀。（阻兰；烤兰）（2）当水中有溶解氧时H2O2H2O阴极继续：2Fe（H%+；5+f2Fe（H）3+OHFe（OH）3一铁锈，起去极化作用，继续腐蚀金属。（3）碱性水中：阴极直接产生OIFH2O+O2+2e20H-F*FeH3、凡是金属表面的两部位间存在差异（电位差），就会发生腐蚀。电位低的成为阳极，受腐蚀。电位高的成为阴极，产生沉积物。4、形成差异的原因：PH值（H0H）；溶解氧；溶解盐；悬浮物；沉积物微生物等。（金属中的杂质等合金）（三）循环水水质稳定的判别：1、极限碳酸盐硬度法：HjZ水中CO?与碳酸盐硬度应保持平衡关系，保持不结垢的碳酸盐硬度一一极限碳酸盐硬度Hjz,经验公式：条件83065C耗氧量V25mgl0补充水的耗氧量；mg/1Hy一一补充水的非碳酸盐硬度；t循环水的最高水温。当tV40°C时，仍以40计。浓度平衡时，碳酸盐硬度HC=KH2H1补充水的碳酸盐硬度。K浓缩倍数。（1）当HC=KHKHj冰质不结垢（不结垢，但要排污）（2）当阳HjZ产生水垢应处理。HjZ仅判定是否结垢，不能判定腐蚀，2、水质稳定性指标：饱和指数Il,稳定指数IR（1）饱和指数：（LangelirSaturationIndex）Il=pH0-pHs（书：LSI=pHo-pHs）pH0水的PH值。Pu水的CaCO§饱和PH值当>>0时，CaCO,处于过饱和，有结垢的倾向。当ILVO时，CaCO3未饱和而COz过量，水有腐蚀性。当L=O时，水质稳定。工程控制：Il=+（0.250.30）范围内。（2）、稳定指数：Ir（Rgznar）经验式：Ir=2pHs-pH。Ir=4.05.0水有严重结垢倾向；Ir=5.0-6.0水有轻微结垢倾向；L尸6.0-7.0水有轻微结垢或腐蚀倾向；Ir=7.0-7.5腐蚀显著；h=7.59.0时，严重腐蚀。它不能提供计算数据，仅能判断水的结垢和腐蚀的倾向。3、结垢控制指标：（1）其它影响因素：（对结垢有影响的因素）悬浮物及溶解的有机物浓度。水温。（换热器水温升高）处理药剂。（主要是缓垢剂）（2）经验控制指标：结垢物质控制参数控制指标CaCo3CaSO4Ca3(PO4)2MgSiO3pHs溶解度pHP溶解度pHO<pHs+(0.52.5)(Ca2+)×(SO42-)<500000pHO<pHp+1.5(Mg2+)X(SiO2)<3500pHsCaCO3饱和时的PH值。PHPCa3(PO4)2饱和时的PH值。pH0循环水的实际PH值。(SiO2)Si(V以SiOz计。实际工程中所考虑的一些指标：(1)腐蚀率：CL一实验定，讲了。(2)腐蚀深度：用总蚀系数，讲了。(3)缓蚀率：讲过了。(4)污垢热阻：Rt讲了。【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P题摘要授课题目（章、节）§10-2循环冷却水系统防垢防腐处理§10-3综合处理【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】§10-2循环冷却水系统防垢防腐处理水质稳定内容：（1）防止循环水结水垢；（2）防止循环水结污垢；（3）防止循环水对设备腐蚀。对水的处理，对三者均有影响。所以应用综合处理。一、防腐蚀处理：主要方法：膜保护，在金属表面生成一层保护膜。j形成：金属氧化物膜（一）氧化膜型缓冲剂1I形成：金属氢氧化物膜1、格酸盐：Na2CrO4（格酸钠）K2CrO.（铭酸钾）第周，第31讲次课程名称：水质工程学INa2Cr2O1（重格酸钠）K2Cr2O1（重珞酸钾）f高浓度时：具有阳极和阴极缓蚀剂的双重作用。格酸盐具有L低浓度时：仅起阴极极化作用。反应：6FeO+2CrO+2H2QCr2O3+6Fe2Q3+4HQ膜物质有重金属有污染，使用受限止2、亚硝酸盐及硝酸盐：NaNO2NaNO3使阳极极化，反应：4Fe+3N02+3H=2Fe203+NH3+N2膜物质（二）、水中离子沉淀膜型缓蚀剂：难溶盐防蚀薄膜形成T络合物防蚀膜膜孔多、较厚、松散、密合性差，热阻提高。1、聚磷酸盐：EDTMP（聚磷酸钠）缓蚀用量1015mgL（以POt计）NM）_n=1416是阴极缓蚀剂，与Ca-Mg-ZnJ离子形成络合盐保护膜。2、正磷酸盐：阳极缓蚀剂。形成FePo八FaCh保护膜。OIlNaO-P-O-Na正或他NdPOIOTNa3、锌盐：阴极缓蚀剂。产生Zn（OH）2保护膜。药剂：ZnCl2、ZnSO八ZnNO3对环境有污染，使用受限制。（三）金属离子沉淀膜型缓蚀剂：机理：缓蚀剂使金属离子活化溶解，在金属离子浓度高的部位与缓蚀剂形成沉积，形成保护膜。1、筑基苯并睡唾：（MBT）是铜的阳极缓蚀剂。blsH0h,×tsh用量：l2mgL2、苯并三噗：（BZT）NA是铜的阳极缓蚀剂。N鳌合机理不明确。（四）吸附膜型缓蚀剂：C疏水基机理：有机缓蚀剂，分子具优I亲水基亲水基吸附在洁净的金属表面，疏水基朝向水中，由疏水作用来阻碍水和溶解氧向金属迁移，来隔绝金属的腐蚀。（1）极性基（亲水基）：如有机胺（胺取代金属吸附的水）HH/HIIH/Mq+NRfMN-R+QII'hHH（2）疏水基R：直链脂肪胺C8C8缺点：分析方法复杂，浓度难控制，价格贵。二、防垢处理：（一）防结垢处理：1、用排污法减小浓缩倍数：排污量R巴=第一（巴+6）Sb补充水含盐量，S循环水含盐量，P1一一蒸发水量百分比，（与循环总水量的百分比）Pa风吹和渗漏损失百分比。P.汁35国仅适用于SB远小于S,且新鲜水源充足。2、降低补充水的碳酸盐硬度。降低补充水的碳酸盐硬度，进而使SB降低。适用在补充水水质很差或需提高浓缩倍数的情况采用。酸化法：水中加酸使碳酸盐硬度A非碳酸盐硬度3、加阻垢剂：（提高冷却水中允许的极限碳酸盐硬度）机理：（1）螯合作用:（增溶SoIUbiligatiOn）螯合剂将CaCO3螯合在一起在水中呈悬浮状态。（絮凝作用）（2）分散作用：（dispersion分散）分散剂具有表面活性，吸附在CaCO3微小晶坯的表面上，以小晶坯的形式存在于水中，防止结垢。（3）使结晶改良：（CryStaI晶体modificatim改良）（使晶格歪曲作用）使形成的CaCO3结晶松散，不坚硬，易去除。阻垢剂：六偏磷酸钠（1）聚磷酸盐V三聚磷酸钠瞬酸盐，代表为乙二胺四甲叉（2）有机磷酸盐V瞬酸盐，简称EDTMP,二瞬酸盐，代表为羟基乙叉二磷酸盐，简称和HEDP。（3）聚竣酸类阻垢剂：聚丙烯酸钠及f聚甲基丙烯酸聚丙烯酸的衍生物I聚丙烯酰胺（絮凝剂）三种药剂多为复合使用。4、烟气处理法：CO2、SO2机理：抑制重碳酸盐分解。降低循环冷却水中的碳酸盐硬度。提高允许的极限碳酸盐硬度。Ca（HCO3）2+S02+0-*CaS03+20+2C022CaSO3+O2f2CaSCh（二）微生物的控制及防污垢：1、化学药剂处理：（1）氧化型杀菌剂：液Cl、ClO2o次氯酸盐。Na、Ca0（2）非氧化型杀菌剂：硫酸铜一一CuSO1O一般不单独使用，CUSol有腐蚀性，与螯合剂联合作用（EDTA）。为了使Cf渗入藻类内部，加表面活性剂一脂肪胺（碳原子数为1216的脂肪胺）。氯酚杀菌剂一一五氯酚钠，C6Cl5ONa三氯酚钠，也可用。（3）表面活性剂杀菌剂：j三甲基氯化钱ATM季钱盐类化合物二甲基烷氯酸镂DBAI十二烷基二甲基芳基氯化筱DBL苇基：<>ch2-2、旁滤：使系统中一部分水分流进行处理，再返回系统中。（不排污）并联：（旁力f）水量为流量15%旁滤水量也可按悬浮两种形式物的动平衡计算确定。I串联：过滤：去除悬浮物（螯合的CaSOD§10-3综合处理即防腐，又防垢。一、系统预处理一一清洗与预膜1、清洗：（1）目的：为了有效地预膜。,物理：洗刷（2）清洗分类I化学：药剂（3）清洗剂与助剂：主剂无机酸盐酸、氨基磺酸、磷酸、氢氟酸、硝酸、硫酸。有机酸柠檬酸、乙醇酸、甲酸、苹果酸、草酸、葡萄糖酸。螯合剂EDTA碱剂氨、氢、氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、联氨。助剂缓蚀剂、还原剂、溶解促进剂、湿润剂。二、综合处理与复方稳定剂水对系统即有结垢作用，又有腐蚀作用。要求综合处理（阻垢、缓蚀、杀菌），多采用复合配方。（一）复合缓蚀剂配方：1 .聚磷酸盐：六偏磷酸钠、三聚磷酸钠；2 .有机磷酸盐：主要有EDTMP或HEDP,3.聚竣酸盐：如聚丙烯酸钠。添加剂：疏基苯并嘎噬。腐蚀率一般小于O.05mm/a连续运行3个月未发现点蚀，污垢热阻小于0.2XIO-Whkkjo最大垢层厚度小500m°（二）复合阻垢缓蚀剂：无机磷酸盐系阻垢缓蚀剂。1 .正磷酸盐一锌盐阻垢缓蚀剂。2 .聚磷酸盐一锌盐阻垢级蚀剂。3 .六偏磷酸钠一硫酸锌一苯并睡噗。4 .低PH高磷酸盐阻垢缓蚀剂。特点：无机磷酸盐系使用广泛，但缓蚀阻垢效果不稳定；对水中钙离子浓度有限制；缓蚀效能受PH影响；对高温面的效果差。采用无机磷酸盐系稳定剂，要求低硬度水，并要求加酸调节PH。添加锌盐虽能有效控制腐蚀，但损耗很大。因溶于水中的锌化合物被污泥吸附后随排污排出系统，使循环水中锌离子浓度降低。锌离子浓度的波动影响了缓剂效果。【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P题